Célula solar invertida tandem com perovskita orgânica alcança 23,07% de eficiência

Da pv magazine Global

Pesquisadores da Chonnam National University, na Coréia do Sul, projetaram uma célula solar tandem de perovskita orgânica monolítica de dois terminais baseada em um absorvedor de perovskita dopado com íons metálicos e um layout “n-i-p“.

Na arquitetura n-i-p ou “invertida”, a célula solar é iluminada através do lado da camada de transporte de elétrons (ETL) e, na estrutura p-i-n, é iluminada através da superfície da camada de transporte de buracos (HTL).

“Demonstramos um novo método de ar quente para células solares monolíticas tandem e sua estabilização por meio da dopagem de íons metálicos”, disse o principal autor da pesquisa, Sawanta S. Mali, à pv magazine, acrescentando que o processo de fabricação proposto é livre de deposição de camada atômica (ALD) e técnicas de sputtered, que são comumente usadas para a deposição de uma camada protetora de interconexão em dispositivos tandem. “Com exceção do trióxido de molibdênio (MoO3) e da prata (Ag) evaporados termicamente, todas as camadas foram fabricadas em condições ambiente.”

Ao contrário do método antissolvente convencional, a técnica de ar quente supostamente facilita a formação de um complexo intermediário altamente uniforme devido à evaporação parcial do solvente, resultando assim em uma maior qualidade do filme de perovksita. “Sopramos uma pistola de ar quente de 150ºC diretamente sobre o substrato giratório”, explicaram os cientistas.

A célula de perovskita superior foi construída com um substrato feito de óxido de estanho dopado com flúor (FTO), uma camada mesoscópica de transferência de elétrons (ETL), o absorvedor de perovskita, uma camada de transporte de furos (HTL) baseada em 3,4,9,10-tetra(n-alcóxi-carbonil)-perilenos (PTAC), um material doador superior conhecido como PBDB-T, uma camada tampão feita de trióxido de molibdênio (MoO3) e um contato metálico com prata (Ag).

A célula orgânica de fundo foi feita com um substrato composto por ITO e vidro, uma camada janela de óxido de zinco (i-ZnO) e derivado PDI (PDIN), uma camada de éster metílico do ácido fenil-C61-butírico (PCBM), uma camada tampão MoO3 e um contato com Ag metálico.

Testado sob condições de iluminação padrão, o dispositivo tandem campeão construído com essa arquitetura alcançou uma eficiência de conversão de energia de 23,07%, uma tensão de circuito aberto de 2.110 V, uma densidade de corrente de curto-circuito de 13,65 mAcm-2 e um fator de preenchimento de 80,1%.

O dispositivo também foi capaz de reter mais de 90% da eficiência inicial ao longo de 600 h no rastreamento de potência máxima sob iluminação contínua.

“Nossa abordagem demonstra absorvedores processados em solução com passivação de cátions orgânicos para reduzir a perda de tensão de circuito aberto até 0,025 V, que é a mais baixa relatada até o momento”, afirmaram os cientistas. “Essa estrutura também demonstra os méritos da recombinação limitada e da alta reprodutibilidade.”

O novo design da célula foi introduzido no artigo “All-inorganic halide perovskites for air-processed ‘n-i-p’ monolithic perovskite/organic hybrid tandem solar cells excedendo 23% de eficiência“, publicado na Energy & Environmental Science.